隨著數(shù)字化制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維設(shè)計軟件在汽車、船舶、航空航天、通用機械及電子工業(yè)等工程設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。NX是集計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)、計算機輔助工程(CAE)于一體的三維參數(shù)化設(shè)計軟件，為產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了造型和驗證手段。MBD (Model Based Definition)指基于模型的定義，是一種面向計算機應(yīng)用的產(chǎn)品數(shù)字化定義技術(shù)，核心思想是用一個集成的三維實體模型來完整地表達產(chǎn)品定義信息，并將其作為產(chǎn)品制造過程中的唯一依據(jù)。隨著MBD技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用，產(chǎn)品設(shè)計信息逐漸由二維工程圖變?yōu)镸BD三維數(shù)據(jù)集。為了發(fā)揮MBD技術(shù)的優(yōu)勢，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，開展MBD三維工藝設(shè)計技術(shù)研究具有重要意義。
1 三維工藝設(shè)計思路
二維工藝設(shè)計無法有效利用設(shè)計模型中的信息，產(chǎn)品設(shè)計模型與工藝模型相分離，數(shù)據(jù)共享、集成及變更困難。為了彌補二維環(huán)境下工藝設(shè)計存在的不足，可以推進MBD技術(shù)的應(yīng)用，建立支持三維的工藝設(shè)計平臺，提供方便、快捷的工藝設(shè)計手段和支撐工具。
目前，MBD工藝設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)途徑通常采用工具編輯模式，對工藝人員的圖形編輯技術(shù)要求比較高，編制工藝周期比二維工藝時間長約2—5倍，工藝質(zhì)量沒有顯著提高。為了克服工具編輯模式的不足，筆者采用基于特征推理模式。
基于特征推理工藝設(shè)計模式是以零件特征為工藝設(shè)計最小定義單元(如孔、型腔等)，同時在制造資源庫中詳細定義了刀具、機床、夾具、量具、加工方法。采用MBD定義零件，計算機能夠識別出零件特征對應(yīng)的材料、公差、基準、表面粗糙度等信息，再由基于特征推理的工藝系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，輔助創(chuàng)建從毛坯到產(chǎn)品的工序模型，從而得到完整的工藝文件。
三維工藝設(shè)計過程中，獲取零件工藝信息和全三維模型文件后，對三維模型中的制造特征進行自動識別，采用基于知識的參數(shù)化設(shè)計思想，智能化生成各制造特征的加工方法，再通過人機交互，生成面向零件的機加工工藝過程。根據(jù)零部件模型和工藝過程，自動生成毛坯模型、各工序的中間模型，以及三維模型工藝卡。工藝設(shè)計技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 三維工藝技術(shù)路線
2 NX與MBD三維工藝設(shè)計過程
2.1 制造特征自動識別
特征識別是從零件的設(shè)計模型中抽取具有特定工程意義的幾何形狀信息。對于加工特征，必須包括零件加工過程中與該加工工序相關(guān)的加工信息集合，能夠支持加工工藝的設(shè)計。
開發(fā)特征自動識別與定義工具，如圖2所示。建立制造特征庫，包括單特征和組合特征，具體有端面、平面、內(nèi)孔、階梯孔、鍵槽、螺紋等。通過制造特征自動識別功能，能夠有效地識別出三維模型上的相關(guān)制造特征，作為后續(xù)智能生成特征工藝的基礎(chǔ)。對于無法識別處理的特征，可采用自定義的形式，為后續(xù)推理提供支持。
圖2 特征自動識別與定義工具
2.2 特征工藝智能生成
基于工藝設(shè)計用模型和制造特征庫，利用制造特征自動識別工具，快速識別三維模型的相關(guān)制造特征。對于復(fù)雜特征，可利用特征定義工具進行特征的選擇和定義，最終形成零件工藝特征樹。
基于加工知識庫，智能生成以特征為單位的加工工藝單元，加工工藝單元包含尺寸、公差、表面粗糙度、技術(shù)要求、材料屬性、加工方法等制造信息。對于自定義的加工特征，可定義其加工特征的工藝方法。零件特征工藝智能生成系統(tǒng)如圖3所示。
圖3 零件特征工藝智能生成系統(tǒng)圖
通過零件模型的特征提取，形成零件特征樹。系統(tǒng)基于知識庫，實現(xiàn)特征工藝的智能生成。通過面向特征的加工方法推理過程，形成零件特征工序樹。特征工序樹以特征為節(jié)點，以單個特征的加工工序為節(jié)點屬性，加工方法通過流程推理獲得，如圖4所示。
圖4 零件特征工序樹
2.3 零件工藝結(jié)構(gòu)快速生成
零件工藝結(jié)構(gòu)是基于工藝特征推理生成的，通過將工藝特征與工藝知識進行組合，從而構(gòu)建零件工藝特征推理機制。工藝設(shè)計時，在界面中選擇工藝用設(shè)計模型，基于工藝知識庫進行特征推理，自動識別并生成加工特征，根據(jù)實際情況，可以進行加工特征的排序、合并及重組，從而快速形成零件工藝結(jié)構(gòu)。零件工藝結(jié)構(gòu)快速生成系統(tǒng)如圖5所示。
圖5 零件工藝結(jié)構(gòu)快速生成系統(tǒng)
2.4 交互式機加工工藝設(shè)計
鑒于工藝決策受經(jīng)驗、資源等因素約束，在特征工藝智能生成的基礎(chǔ)上，工藝設(shè)計人員以特征加工方法為基礎(chǔ)，對方法進行重排。通過人機交互，新建或插入工序與工步，再針對每個工序或工步，選擇相關(guān)聯(lián)的特征，形成加工工序樹，如圖6所示。
圖6 零件加工工序樹
加工工序樹中，加工工序為一級子節(jié)點，節(jié)點下為零件的加工工序。加工工序是以特征的加工工序為基礎(chǔ)的，對其進行重排，形成零件的實際加工工序。零件每個特征的加工方法經(jīng)過組合、合并、排序，得到最終的零件工藝路線。
2.5 毛坯及工序模型生成
在選定的機床資源與定義的工藝路線基礎(chǔ)上，自動推理相關(guān)刀具、切削參數(shù)、工裝等資源.然后采用工序模型生成技術(shù)，以加工特征為核心、以余量尺寸為驅(qū)動，生成工序模型，如圖7所示。各工序模型與設(shè)計模型采用WAVE技術(shù)關(guān)聯(lián)。
圖7 工序模型界面
同時，在工序模型的基礎(chǔ)上，利用NX的PMI工具，對工序內(nèi)容進行自動定義與PMI標注。
3 結(jié)論
通過對基于特征識別的工藝設(shè)計的研究，探索出快速、有效、可執(zhí)行的三維工藝實現(xiàn)方法和操作流程，提升了工藝設(shè)計水平與效率，并推動三維工藝在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，為推廣應(yīng)用三維工藝設(shè)計方法提供了借鑒。
（轉(zhuǎn)載）
